Modélisation multi-corps

Une approche multi-corps consiste à développer des modèles paramétriques détaillés de chaque sous-système composant un système. Ainsi nous construisons chaque sous-système individuellement puis nous les assemblons afin de constituer le système démonstrateur. L’assemblage s’effectue en respectant la cinématique du système réel. In fine, nous avons une maquette numérique du système réel qui est visuellement similaire au démonstrateur (cf. Figure 11). Nous développons ce modèle sous le logiciel Adams/Aircraft. Compte tenu de la robustesse des méthodes de calcul de celui-ci, le modèle multi-corps du démonstrateur pris pour référence nous permettra de vérifier la cohérence des modèles analytiques développés. 2.3.2. Construction du modèle démonstrateur puits de chute

Afin de développer le modèle multi-corps du démonstrateur, nous reprenons chaque sous- système composant le système démonstrateur qui sont exposés précédemment au cours de la partie 2.2.2 et nous construisons chaque sous-système afin de les implanter dans le modèle multi-corps du démonstrateur.

Sous-système poutre de queue :

Le sous-système poutre de queue est modélisé par un système masse ressort. Sur le puits de chute, ce sous-système est physiquement réalisé par une masse montée sur un ressort

mécanique hélicoïdal. La raideur de celui-ci est modélisée par une loi linéaire effort/déformation du ressort. Un amortissement structural de 3% est considéré et nous modélisons cet amortissement par une loi linaire effort/vitesse.

Sous-système cabine (masse suspendue) et suspension :

Le sous-système est modélisé par un système masse ressort. Sur le puits de chute, ce sous- système est physiquement réalisé par une masse portée par deux ressorts mécaniques hélicoïdaux montés en parallèles d’un amortisseur hydraulique. Compte tenu de la plage utile de la course des ressorts, la raideur de la suspension est modélisée par une loi linéaire effort/déformation du ressort. L’amortissement est modélisé à partir des lois caractéristiques d’amortissement obtenues à partir des simulations du modèle numérique de l’amortisseur. Ces lois intègrent les données géométriques des orifices de laminage et les propriétés de l’huile.

Sous-système fusée (masse non suspendue) et roue :

Le sous-système fusée et roue est modélisé par une masse portée par une roue. En effet le logiciel Adams/Aircraft contient des modèles paramétriques de roue. Nous avons donc incorporé dans ces modèles les caractéristiques du pneumatique utilisé sur le puits de chute. Ainsi nous avons repris ses dimensions (diamètre de jante, largeur et hauteur du pneumatique) et nous avons incorporé les lois caractéristiques effort/écrasement obtenues expérimentalement et exposées précédemment (cf. partie 2.2.3).

Figure 11 : Modèle multi-corps du démonstrateur puits de chute

De manière générale, la géométrie des éléments constituant le système démonstrateur tels que les longueurs à vide des ressorts ou les distances séparant les différentes masses ont été respectées. Ainsi nous obtenons un modèle numérique similaire au système démonstrateur.

Les résultats de simulations du modèle multi-corps du démonstrateur sont présentés et analysés dans la suite de ce mémoire au cours de la partie 2.4.

Nous venons de développer un modèle multi-corps du démonstrateur mécaniquement équivalent à un hélicoptère et permettant de simuler des cas d’atterrissages. L’ensemble de nos travaux de recherche est construit sur ce démonstrateur. Toutefois des études ont été menées sur l’appareil complet. Un modèle multi-corps de l’appareil a été développé et recalé à partir des résultats d’essais de drop test.

2.3.3. Modèle multi-corps appareil complet

Dans cette partie, nous présentons le modèle multi-corps de l’hélicoptère considéré pour notre étude. Ce modèle a été développé en utilisant la même approche multi-corps décrite précédemment. Ce modèle comporte trois sous-systèmes principaux que sont le fuselage, le train d’atterrissage auxiliaire et les trains d’atterrissage principaux. Chacun de ces sous- systèmes ont été développés individuellement, puis ceux-ci ont été assemblés entre eux pour constituer le modèle de l’appareil complet. Une illustration du modèle de l’appareil complet est donnée sur la figure suivante :

Figure 12 : Modèle multi-corps de l'hélicoptère considéré pour l'étude

Le sous-système fuselage est modélisé par un super élément. Ce super élément est créé à partir d’un modèle élément fini du fuselage, qui a été développé et recalé à partir de shake test de la structure réelle afin de vérifier que les modes propres du modèle étaient les mêmes que ceux du fuselage de l’hélicoptère réel. Une fois cette étape accomplie, les nœuds du super élément sont condensés en plusieurs points qui seront les points d’attache des sous-systèmes trains d’atterrissage.

(a) : train d’atterrissage auxiliaire (b) : trains d’atterrissage principaux

Figure 13 : Modèles des sous-systèmes trains d'atterrissage

Les sous-systèmes trains d’atterrissage se composent des pneumatiques et d’amortisseurs oléopneumatiques. Les pneumatiques sont modélisés à partir des lois caractéristiques effort/écrasement obtenues expérimentalement. La raideur induite par les chambres de gaz contenues dans les amortisseurs est modélisée à partir des modèles analytiques permettant de déterminer l’effort de raideur en fonction de la course de l’amortisseur. Les lois effort/course sont alors incorporées dans le modèle des amortisseurs. Les lois d’amortissement effort/vitesse sont obtenues à partir de modèles analytiques non linaires du laminage de l’huile et incorporées dans le modèle de l’atterrisseur.

Le modèle multi-corps de l’appareil complet permet de simuler les différentes configurations d’atterrissage incluant les cas d’atterrissage pour différentes positions de l’appareil tels que des positions avec des angles de tangage ou de roulis. Le principal avantage étant de pouvoir directement visualiser le comportement dynamique de l’appareil en fonction des configurations d’atterrissage. Le modèle tient compte des couplages entre les divers éléments et des positions de ceux-ci, conduisant ainsi à une bonne prédiction du comportement réel de l’hélicoptère.